周密樂 康小波

（長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長沙，410000）

文 摘：統(tǒng)計(jì)外調(diào)節(jié)片故障情況，針對其結(jié)構(gòu)、裝配功用方面的特點(diǎn)，分析外調(diào)節(jié)片上的支座和小軸常見故障形成原因并制定排除方法，為外調(diào)節(jié)片修理及工裝設(shè)計(jì)提供思路。

外調(diào)節(jié)片 （如圖1所示）屬于某型發(fā)動機(jī)尾噴管 （如圖2所示）上一個(gè)部件 (16片/臺)，由于其位置處于機(jī)身之外，所受沖擊力較大，因此容易產(chǎn)生故障。某型發(fā)動機(jī)尾噴管為收斂—擴(kuò)張式噴管，即帶外調(diào)節(jié)片的超音速全態(tài)可調(diào)噴管。噴管包括亞音速收斂噴管、噴管超音速部件、噴管出口截面調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及帶彈性元件的外調(diào)節(jié)片。

圖1 外調(diào)節(jié)片

1 故障情況統(tǒng)計(jì)

外調(diào)節(jié)片和彈性元件都是機(jī)身的延伸部分，它們保證機(jī)身和噴管的平滑過渡，使氣流均勻流過機(jī)身尾部，降低飛機(jī)尾部阻力。尾噴調(diào)節(jié)片由16塊外調(diào)節(jié)片和16塊密封片組成，如圖2所示。外調(diào)節(jié)片前端與橫撐鉸接，后端通過凸耳搭放在擴(kuò)散段調(diào)節(jié)片尾端外側(cè)的槽溝中。密封片插入外調(diào)節(jié)片中部的槽中。每個(gè)外調(diào)節(jié)片的中部固定有一個(gè)氣壓作動筒，如圖3所示，通過拉桿將外調(diào)節(jié)片和活動搖臂相連。外調(diào)節(jié)片的尾端固定有一個(gè)噴管出口最大截面限制器，限制器相互連成一個(gè)環(huán)形。彈性元件有32塊，每塊彈性元件用兩顆螺釘固定在活動承力環(huán)上，彈性元件前部插入機(jī)身，后部搭在外調(diào)節(jié)片上?；顒映辛Νh(huán)通過16根拉桿與橫撐相連，當(dāng)外調(diào)節(jié)片收擴(kuò)時(shí)，通過彈性元件帶動活動承力環(huán)也前后運(yùn)動，彈性元件和外調(diào)節(jié)片上的氣動力負(fù)荷通過活動承力環(huán)和拉桿傳到橫撐及加力燃燒室殼體上。

圖2 尾噴管

圖3 氣壓作動筒

從所修理的30臺某型發(fā)動機(jī)統(tǒng)計(jì)來看，發(fā)現(xiàn)有87%的外調(diào)節(jié)片常出現(xiàn)表1中所列出的故障。

從結(jié)構(gòu)上分析：外調(diào)節(jié)片自身是一個(gè)由多種零件構(gòu)成的組件，它由26個(gè)鉚釘將兩片鈦合金鉚接而成。從剖切實(shí)物上看，外調(diào)節(jié)片上有3個(gè)支座，在支座上有兩種銷軸，一個(gè)較深的銷孔，用于固定16個(gè)最大截面限制器[1]。在端頭上還有兩個(gè)球型接耳，在中間隔層鉚釘孔內(nèi)還裝有特種墊圈，如果在更換鉚釘時(shí)，忽視了墊圈的存在，那么掉在中間隔層的墊圈將視為多余物從而將報(bào)廢整個(gè)外調(diào)節(jié)片。

從裝配功用上分析：一臺發(fā)動機(jī)上裝有16件外調(diào)節(jié)片，它們以柔性方式相連，每一件分別與超音速調(diào)節(jié)片 （滾輪裝在外調(diào)節(jié)片的小軸上，軸裝在超音速調(diào)節(jié)片滾道上）相連接，同時(shí)它還分別與拉桿、外密封片、橫梁相連接，并借助偏心軸達(dá)到間隙要求，外調(diào)節(jié)片的支座與超音速調(diào)節(jié)片的支座在裝配時(shí)要保證零間隙。如果裝配外調(diào)節(jié)片時(shí)，有某一處的間隙不符合工藝要求，極易導(dǎo)致出現(xiàn)表1中所列出的故障。

表1 外調(diào)節(jié)片常見故障

2 故障原因分析與故障排除

2.1 外調(diào)節(jié)片支座故障分析與排除

2.1.1 故障分析

從結(jié)構(gòu)上看，外調(diào)節(jié)片支座與超音速調(diào)節(jié)片限動塊在裝配中要求零間隙，其目的是為了使超音速噴口的協(xié)調(diào)動作直接傳遞到每一個(gè)外調(diào)節(jié)片上，使外調(diào)節(jié)片所反應(yīng)出的動作同步協(xié)調(diào)，這樣使每一個(gè)過程不會導(dǎo)致累積誤差，從而得到準(zhǔn)確的聯(lián)動機(jī)構(gòu)。從另一方面，由于每一片外調(diào)節(jié)片與每一片超音速調(diào)節(jié)片一一對應(yīng)。如果有一處連接有誤差就將導(dǎo)致超音速調(diào)節(jié)片上的限動塊與外調(diào)節(jié)片上的支座不能正常貼合，而導(dǎo)致嚴(yán)重磨損。

從材料功用上分析，外調(diào)節(jié)片上的支座的材料是高溫合金[2]。為了保證表面具有一定的耐磨性，在工藝中對此兩個(gè)支座的內(nèi)表面結(jié)合面進(jìn)行了爆炸噴涂，結(jié)合面如圖4所示，但為了保證貼合性，所以在工藝規(guī)程中只噴涂薄至0.005mm～0.01mm特殊材料，而16件外調(diào)節(jié)片與16件外密封片所圍成外部圓環(huán)，要求必須協(xié)調(diào)同步，且每一片都承受著很大的沖擊力，如果有一片不同步，則將會發(fā)生滯后現(xiàn)象，從而造成零間隙的支座嚴(yán)重磨損。

圖4 調(diào)節(jié)片上的支座

2.1.2 故障排除

從外調(diào)節(jié)片支座的材料和裝配上分析后，我們先從材料的熔合性入手，從練兵機(jī)上進(jìn)行試修。對支座進(jìn)行堆焊，進(jìn)行反復(fù)測試后選用特種材料來進(jìn)行堆焊，能達(dá)到原有的材料性能。為了保證工藝要求 （支座高度達(dá)21.5mm），將堆焊進(jìn)行修磨，滿足工藝要求后，再進(jìn)行爆炸噴涂。

具體操作方法如下：①對外調(diào)節(jié)片支座進(jìn)行故障檢查，要求當(dāng)外調(diào)節(jié)片上的支座 （尺寸21.5mm）磨損小于20.9mm時(shí)，堆焊并進(jìn)行爆炸噴涂[3]；②進(jìn)行修理時(shí)先打磨磨損部位，保證氧化皮全部排除干凈；再用酒精清洗待焊處，并在空氣中干燥10min～15min；③對磨損處進(jìn)行全氬堆焊，并打磨表面焊瘤，使之與原基體平齊，保證打磨余量不小于1mm；④進(jìn)行試裝配，保證裝配工藝中零間隙的要求；⑤爆炸噴涂：對表面進(jìn)行爆炸噴涂耐磨涂層，恢復(fù)表面修理質(zhì)量。

2.2 外調(diào)節(jié)片小軸松動故障分析與排除

2.2.1 故障分析

從外調(diào)節(jié)片上的小軸剖切實(shí)物上看，后支座上固定著一個(gè)沿著小軸 （如圖5所示）徑向傾斜角度方向插入的直徑3mm的一個(gè)銷軸 （如圖6所示），使其牢牢固定在后支座上。小軸采用了高溫合金材料，為了保證它與滾輪 （如圖6所示）有一定的耐磨性，此材料有滲鋁工藝要求。

圖5 外調(diào)節(jié)片小軸

圖6 外調(diào)節(jié)片銷軸和滾輪

從工藝上分析，外調(diào)節(jié)片上的小軸不僅是光軸，為了便于修理，在小軸的徑向偏心部位加了一個(gè)半圓槽，以便裝配安裝側(cè)邊的直徑為3mm的銷軸，銷軸的作用是用來固定小軸，避免小軸轉(zhuǎn)動。小軸的兩端安裝著兩個(gè)滾輪，而滾輪要求能在超音速調(diào)節(jié)片的溝槽內(nèi)活動，從而實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散段調(diào)節(jié)片的同步移動，改變噴管出口面積。從裝配原理上分析，它不能使?jié)L輪卡死，必須保留0.5mm的間隙。

2.2.2 故障排除

首先，對外調(diào)節(jié)片上的小軸松動的進(jìn)行故障檢查，要求外調(diào)節(jié)片上的小軸松動時(shí)鉚緊。隨后對其進(jìn)行修理，具體方法如下：①把收口器的銑扁部位夾持在虎鉗上；②將外調(diào)節(jié)片上小軸的一端插入收口器的孔內(nèi)；③用帶有滾花的收口器插入外調(diào)節(jié)片上小軸的另一端；④用鋼榔頭敲擊收口器的端頭，使其鉚緊小軸 (允許反方向鉚緊)。

2.3 外調(diào)節(jié)片小軸尺寸超差故障分析與排除

2.3.1 外調(diào)節(jié)片小軸尺寸 （8±0.1）mm超差故障分析

從裝配角度分析，超音速調(diào)節(jié)片后端的外側(cè)有一條槽溝，外調(diào)節(jié)片上的小軸在槽溝中移動，限制噴管超音速部分出口截面面積。另外，在每一片外調(diào)節(jié)片的小軸裝有兩個(gè)滾輪，小軸與滾輪在超音速調(diào)節(jié)片的溝槽中，隨著噴口運(yùn)動小軸與滾輪在超音速調(diào)節(jié)片的溝槽中同步運(yùn)動。因此導(dǎo)致小軸的尺寸磨損超差。

2.3.2 外調(diào)節(jié)片小軸尺寸 （8±0.1）mm超差故障排除方法

首先對尾噴管外調(diào)節(jié)片上小軸尺寸（8+0.1）mm磨損超過7.1mm時(shí)，進(jìn)行堆焊。然后進(jìn)行修理：打磨磨損部位，保證氧化皮全部排除干凈。用酒精清洗待焊處，并在空氣中干燥10min～15min。氬弧焊焊修；再用R規(guī)對比，修磨小軸尺寸進(jìn)行故障檢查，保證與主體光滑過渡。最后按工藝要求的尺寸進(jìn)行試裝配，保證修理質(zhì)量并符合裝配要求。

任何零件都有一個(gè)磨合階段，原位裝配的產(chǎn)品最佳。首先從源頭抓起，在每分解一臺發(fā)動機(jī)尾噴管組件時(shí)，按原臺原位做好標(biāo)記，在裝配時(shí)要求檢驗(yàn)員嚴(yán)格執(zhí)行過程檢驗(yàn)，小零件一對一交接單按配套目錄進(jìn)行數(shù)量檢驗(yàn)，每步工作完成后認(rèn)真填寫質(zhì)量控制卡，以確保責(zé)任到人，落實(shí)到位。其次，更換外調(diào)節(jié)片小軸的工裝考慮了多種方案，從力學(xué)角度分析，外調(diào)節(jié)片上的小軸工作情況所受沖擊力較大，因此小軸松動、磨損導(dǎo)致尺寸超差現(xiàn)象故障很多；從剖分實(shí)物上分析，小軸的固定是靠另一個(gè)銷軸斜插而入，并且為了連接牢固，還將小軸的部分鉆掉，這樣處理，對更換小軸帶來困難。為了不影響生產(chǎn)進(jìn)度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，對小軸的修理提出了多種修理方案，在不更換小軸的前提下，一是解決松動的問題；二是保證小軸長度尺寸的問題；三是設(shè)計(jì)角度準(zhǔn)確的工裝對小軸進(jìn)行更換。通過反反復(fù)復(fù)的多次試制、試驗(yàn)，目前已經(jīng)完成了前兩個(gè)方案，第三方案正在實(shí)驗(yàn)中。

該型發(fā)動機(jī)噴管與其他機(jī)型的尾噴管有著天壤之別。它是由千余種零組件構(gòu)成，故障較多，其工作的最大特點(diǎn)就是必須保證各零部件具有良好的同步協(xié)調(diào)性。因此，作為操作者就必須嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)從細(xì)微處去發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。